电网如何才能“接得住”风光大基地?

电网如何才能“接得住”风光大基地?
2022年05月19日 17:27 中国能源报

原标题:新能源大规模并网要过系统安全关

——访国际电工委员会可再生能源接入电网技术分委会秘书、中国电力科学研究院新能源中心总工程师迟永宁

文丨本报记者  姚金楠

核心阅读

为保障新能源大规模并网后电力系统的安全稳定运行,目前,我国正在陆续修订新能源并网的相关国家标准,也相应提出了新的技术要求。中国企业与研究机构也在积极参与国际上相关的技术研究和标准编制工作。

风光大基地的建设并网将给传统电网带来怎样的影响和挑战?

根据6月1日起实施的《电力可靠性管理办法(暂行)》,沙漠、戈壁、荒漠地区的大规模风能、太阳能等可再生能源发电企业要建立与之适应的电力可靠性管理体系,加强系统和设备的可靠性管理,防止大面积脱网,对电网稳定运行造成影响。

“早在10余年前,甘肃就建设了全国首个千万千瓦级风电基地,在这一过程中,针对新能源电力外送、电网稳定运行等问题的认识也在逐步提升。未来,在沙漠、戈壁地区建设的风光大基地也面临同样问题。”在国际电工委员会可再生能源接入电网技术分委会(IEC TC8/SC8A)秘书、中国电力科学研究院新能源中心总工程师迟永宁看来,高渗透率的新能源发电和远距离高压直流输电改变了电力系统的特性,在新型电力系统场景下,新能源发电与大电网之间的相互作用加强,带来一系列影响到电力系统安全稳定的新技术挑战。

“问题”集中爆发在何处?在新能源装机比重不断增长的过程中,电力系统的“可靠性”到底应该如何保障?

故障穿越能力不足、次同步振荡等问题引发运行事故

迟永宁坦言,基于电力电子技术的新能源发电设备具有“低抗扰,弱支撑”特性,“过去几年时间,随着大规模新能源建设的推进,暴露出了非常大的系统安全稳定风险问题,包括整个系统一次调频能力不足、故障影响范围扩大等,对电网构成了很大冲击。高比例新能源发电在系统事故条件下极易引发连锁反应,进而加剧系统稳定的破坏。”

在新能源快速发展的过程中,由于新能源场站的故障穿越能力偏低,造成大规模新能源脱网事故屡见不鲜。”迟永宁透露,仅在2011年,国家电网经营范围内就发生了超过200次风电脱网事故。 

根据国家电监会通报的信息,2011年2月24日,西北电网甘肃酒泉风电基地桥西第一风电场的35千伏电缆馈线电缆头发生三相短路故障,导致598台风电机组脱网,损失出力84万千瓦。彼时,国家电监会称其为“近几年中国风力发电对电网影响最大的一起事故”。

迟永宁介绍,脱网事故背后反映出新能源发电还不具备与电网协同稳定运行的支撑能力。“缺乏低电压穿越的能力,无功控制的策略也不够完善,造成事故的影响面进一步扩大。”

同时,迟永宁强调,随着新能源高比例接入电网,由此引发的振荡问题也不容忽视。“次同步振荡带来的过电流、过电压问题,一方面会损伤风电机组或者光伏变流器,另一方面也会影响到火电机组轴系,甚至引起机组大轴的损伤。”迟永宁告诉记者,2015年7月,在新疆某地区的风电场与火电机组出现了次同步振荡,造成火电厂3台66万机组跳机。“新能源场站跟火电机组之间会产生一个大的功率振荡,在一定频率下会带来火电机组的轴系扭转振荡,造成机组轴系疲劳损伤,甚至损坏发电设备。”对此,迟永宁表示,通过新能源发电设备控制系统的改造有望实现对振荡的阻尼。目前,新疆哈密已建立了覆盖所有关键风电场、变电站的次同步振荡监测、控制系统。

过电压问题 、频率稳定风险直接影响外送水平

此外,针对新能源电力的大规模、远距离外送,迟永宁强调,送端交流电网过电压问题、送受端频率稳定问题等都会直接影响外送水平。“在新一轮风光大基地建设的过程中,一方面要对新能源发电本身提出相应的技术要求,另一方面在电网侧也会采取一定的技术措施去解决这些问题。”

迟永宁介绍,在电网送端,安装同步调相机,或将退役的火电厂改造为调相机电厂,都是未来可行的技术选择。“青豫直流工程中在网侧变电站和新能源场站侧都安装了一定比例的同步调相机,以提高电网强度。”在风电、光伏等新能源发电侧,打造构网型发电技术(Grid Forming),也能够帮助提升电力系统的稳定性和可靠性。“构网型发电,就是通过在变流器控制环节中模拟同步发电机的运行机制,让新能源发电机组变得像同步机一样对电网有足够的支撑能力。”迟永宁透露,这一技术已经在国内外的新能源变流器、储能系统中开展了部分研究示范,其技术应用前景被寄予厚望。

完善技术标准 提升系统安全稳定性

为保障新能源大规模并网后电力系统的安全稳定运行,迟永宁透露,目前,正在陆续修订新能源并网的相关国家标准,也相应提出了新的技术要求。“比如在已经发布的陆上风电场接入电网技术标准GB/T 19963.1-2021中,增加了对风电场惯量响应和一次调频的要求,规定了惯量响应和一次调频的功率控制量化指标、上升时间和允许偏差等,还修改了对称故障时风电场低电压穿越的动态无功支撑能力要求,增加了不对称故障时风电场低电压穿越的动态无功支撑能力要求等。” 

同时,迟永宁介绍,中国企业与研究机构也正在积极参与国际上相关的技术研究和标准编制工作。在国际电工委员会的国际标准工作中,中国电科院牵头了风电和光伏发电接入大电网的系统级问题方面的国际标准制订,“主要关注风电和光伏发电接入弱交流电网的相关问题、场站级的交互影响和协同控制问题、电压和频率的故障穿越,以及新型的电力电子、新能源参与的次超同步振荡等问题。”

财经自媒体联盟更多自媒体作者

新浪首页 语音播报 相关新闻 返回顶部